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- 钢结构设计
3.1概述
3.1.1基本应力
除有其它规定外，平台的所有杆件都应按照AISC“建筑钢结构设计、制造和安装规范”最新版本规定的平台基本许用应力进行设计。对在本作法或AISC中未包括的结构件或载荷类型，应采用合理的分析方法来确定基本的许用应力，并选用与本作法或AISC等值的安全系数。桩的许用应力将在6.9中再讨论。杆件受到压弯联合作用时，在其全长范围内各点应同时满足强度和稳定性标准。
对海洋平台，本作法不推荐AISC第一版所规定的荷载和抗力系数方法。
3.1.2增加的许用应力
凡部分是因设计环境条件引起的侧向力和垂直力所产生的应力，AISC中的基本许用应力应该增加三分之一。对于地震载荷，应按2.3.6.c4和2.3.6e中规定的设计水准。按照以上准则计算出的构件截面特性不应低于设计死荷载和活荷载共同作用下算出的并且没有三分之一增大的截面特性。
3.1.3设计注意事项
到目前为止，行业经验表明，已存在的传统导管架式、固定式海洋平台以实践证实，不仅是对于设计工况而且包括一般工况，都具有良好的可靠性和储备强度。对于这些结构物，设计环境载荷在各个方向大约相等。因此平台在结构立足点上设计成合理对称，并且已经被证明足够胜任过去的工况条件和风暴条件以及并不是正常预期的传统在位分析载荷。
随着最近加拿大公司Metocean在一些工作区域的技术改进，现在能够详细列举出不同方向的多种设计。这使得设计者可以利用平台定位和风力定向。然而，预测定向载荷的应用有可能导致结构物设计某一方向应力比其它方向低。为了在各个方向提供最小平台可接受强度，所以制定了下列提议。
3.1.3.a
图2.3.4-4提供了波浪方向和要素，这些可以应用到全方向波高，用于决定在位环境力。当使用这些定向要素时，应该计算所有方向的环境力，这些有可能决定结构构件或桩身的设计。作为下限值，如果可行的话，应当不仅包括每个导管架平行和垂直方向的环境力，还包括对角线上的环境力。这些方向由导管架基础决定。
对称的长方形和正方形平台至少要求计算8个方向，三脚的导管架平台要求最少12个方向。对于非对称平台或具有群桩的结构物，还可能需要计算其它方向的环境力。如2.3.4c-3中规定的，如果其中一个方向不是基本方向，也必须考虑从基本方向来的全方位波浪。计算最大的力，应当取几个位置波峰经过平台时进行计算。
3.1.1.b平台定位
由于导管架安装过程中定位困难，可能并非每次都能按计划准确将导管架定位。当要将平台安装在一个相对平坦、没有障碍物以及存在至多一个钻井导体的海底，除了上面规定的方向，导管架设计的波浪条件为有可能导致导管架与预定方向朝任一方向偏离5.0。 。
当一个导管架将被安装时，该区域底部存在两个及以上钻井导体时或有障碍物，例如，由于移动钻井设备先前钻井导致的凹凸不平的海床，等等。设计平台时就优先考虑施工现场的条件。应当考虑导管架安装时没有对齐的可能性以及可能增加的5。误差。
3.1.3.c桩设计
打桩设计应当依照第3章和第6章，并且可能按照每个桩身的特定载荷设计，取预先考虑的设计工况方向。这有可能导致平台基础不对称，桩身有不同的入土深度、强度和刚度。据到目前为止的行业经验，基于对称式基础，桩身有相同的壁厚、材料等级和入土深度，已经表现出良好的可靠性和储备强度。对于非对称式基础设计，通过建模计算与导管架相连基底构件的相对刚度，不仅要考虑每个桩身刚度不同， 而且还要考虑载荷通过与刚硬的桩身用支架连接的导管架重新分配。
3.2圆柱形构件的许用应力
3.2.1轴向拉伸
承受轴向拉伸荷载圆柱形构件的许用应力应用下式确定：
(3.2.1-1)
式中：——屈服强度，MPa(ksi)
3.2.2轴向压缩
3.2.2.a柱壮屈曲
对径厚比D/tle;60的构件，许用轴向压缩应力应用如下AISC公式确定：
(3.2.2-1)
(3.2.2-1)
式中：
E——Young氏弹性模量，MPa(ksi)；
K——有效长度系数，见3.3.1d；
l——无支撑长度，m(in)；
r——惯性半径，m(in)；
对D/t大于60的构件，在确定Ce和Fa的式中用临界局部屈曲应力（Fxe或Fxc中的较小者）代替屈服应力Fy。
AISC规范中的式（1.5-3）不适用于海上结构的主要支撑构件。这个公式仅用于次要构件，诸如靠艇平台、扶梯等的设计。
3.2.2.b局部屈曲
无加强的圆柱形构件，用8.1规定的结构钢制造。当D/t大于60时，应研究其由于轴向压缩所引起的局部屈曲。当D/t大于60且小于300，壁厚t大于或等于0.25in(6mm)时，由轴向压缩引起的弹性局部屈曲应力（Fxe）和非弹性局部屈曲应力（Fxc）应用式（3.2.2-3）和式（3.2.2-4）确定。对柱状整体屈曲，在式（3.2.2-1）和确定Ce的式中，应该用临界局部屈曲应力（Fxe或Fxc中的较小者）代替屈服应力Fy。
- 弹性局部屈曲应力
弹性局部屈曲应力，Fxe用下式确定:
[1] （3.2.2-3）
式中：C——屈曲系数；
D——外径，in(m)；
t——壁厚，in(m)。
C的理论值为0.6。为了考虑构件在API Spec 2B规定误差内的初始几何缺陷的影响，推荐在应用式（3.2.2-3）时采用降低了的值C=0.3。
- 非弹性局部屈曲应力
非弹性局部屈曲应力，Fxc用下式确定：
（3.2.2-4）
3.2.3弯曲
许用弯曲应力Fb应由下式确定：
(3.2.3-1a)
(3.2.3-1b)
(3.2.3-1c)
D/tgt;300时，参照API Bulletin 2U。
3.2.4剪切*
3.2.4.a梁的剪切
圆形截面梁的最大剪切应力，fupsilon;为：
(3.2.4-1)
式中：fupsilon;——最大剪切应力，MPa(ksi)；
V——横向剪切力，MN(kips)；
A——横截面积，m2(in2)。
梁的许用剪切应力Fupsilon;由下式确定：
(3.2.4-2)
3.2.4b扭转剪切
由扭转引起的圆形截面梁的最大扭转剪切应力，fvt为：
(3.2.4-3)
式中：fvt——最大扭转剪切应力，MPa(ksi)；
Mt——扭转力矩，MN-m(kip-in)；
IP——极惯性矩，m4(in4)。
许用扭转剪切应力Fvt由下式确定：
(3.2.4-4)
3.2.5静水压力*（加筋与不加筋圆柱体）
对于满足API Spec 2B椭圆度公关的平台管状构件，作用于环向的膜应力fhMPa(ksi)不超过环向临界屈曲应力Fbc除以适当的安全系数：
(3.2.5-1)
(3.2.5-2)
式中：fh——静水压力引起的环向应力，MPa(ksi)；
P——静水压力，MPa(ksi)；
SFh——静水压溃安全系数（见3.3.5）。
3.2.5a设计静水压头
用到的静水压力（p=gamma; HZ）应由下式所定义的设计压头，HZ来确定：
(3.2.5-3)
式中：z——包括潮位在内的静水面以下的水深m(ft)。从静水面向下量度，z为正值。
平台安装，z值应该是下水期间的最大淹没水帘或者扶正过程中的不同压头
再加上一个合理的压头增量。这个增量来源于结构重量误差和计划安装偏
差。
Hw——波高，m(ft)；
,m-1(ft-1),L为波长；
D——静水深，m(ft)；
gamma;——海水密度，0.0100564MN/M3(64bs/ft3)。
3.2.5b环向屈曲应力
弹性环向屈曲应力Fhe和临界环向屈曲应力Fhc由正元公式确定：
- 弹性环向屈曲应力
弹性环向屈曲应力的确定基于线性的应力-应变关系：
(3.2.5-4)
式中：临界环向屈曲系数Ch包括处于API Spec 2B公差范围之内的初始几何缺陷的影响。
几何参数M由下式定义：
（3.2.5-5）
式中：L——加强环、隔板或连结端之间的圆柱长度，m(in)。
注：对Mge;1.6D/t，弹性屈曲应力近似地等于一个无加筋的长圆柱的弹性屈曲应力。因此，如果需要
的话，加强环间距应使Mlt;1.6D/t，以更有利些
- 临界环向屈曲应力
与弹性环向屈曲应力有关的材料屈服强度确定发生弹性环向屈曲还是非弹性环向屈曲。临界环向屈曲应力Fbc，MPa(ksi)用如下适当的式子确定：
（3.2.5-6）
3.2.5c环的设计
圆周上的加强环的尺寸可根据下列的近似式选择：
（3.2.5-7）
式中：Ic——环的组合截面惯性矩，m4(in4)；
L——环的间距，m(in)；
D——直径，m(in)，对外加强环，见注2。
注1：壳体有有效宽度1.1（Dt）1/2可假定为环的组合截面翼板。
注2：对于外加强环，式（3.2.5-7）中的D应取组合环截面的形心。
注3：如果椭圆度超出API Spec 2B的规定，则需要设大的加强环。由于椭圆度而引起的弯曲应作专门的研究。
注4：加强环的宽厚比应按AISC要求选取，以防止加强环的局部屈曲。
注5：对于扁钢加强环的最小尺寸应为：
10mm*76mm(3/8*3in)对于内环
13m*102mm(1/2*4in)对于外环
注6：式（3.2.5-7）假定圆柱体和加强环具有相同的屈服强度。
3.3圆柱形构件的组合应力
下述3.3.1和3.3.2适用于构件整体状态，而3.3.3和3.3.4适用于构件的局部屈曲。
3.3.1轴向压缩和弯曲的组合
3.3.1a圆柱构件
承受压缩和弯曲联合作用的圆柱形构件，在其全长的各点上，均应满足以下方面的要求：
（3.3..1-1）
（3.3..1-2）
式中未定义的符号见AISC建筑钢结构设计、制造和安装规范Specification for the
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